基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng):
- 自乳化型硝化纖維樹(shù)脂乳液的改性與制備
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi):
- 能源化工
- 大類(lèi):
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介:
- 為降低消化纖維涂料的VOC含量以達(dá)到環(huán)保要求,本作品以水性樹(shù)脂為基料,以水為分散介質(zhì)制作成的水性涂料基本不含有機(jī)揮發(fā)物,VOC含量很容易降到零。無(wú)毒環(huán)保且具有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
- 詳細(xì)介紹:
- 在我國(guó),硝化纖維涂料以其干燥速度快、裝飾性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)上廣泛使用。隨著環(huán)保要求以及人民生活水平的日益提高,各國(guó)相繼出臺(tái)了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限制涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的含量,傳統(tǒng)的硝化纖維涂料由于含有大量有機(jī)溶劑而很難達(dá)標(biāo),面臨被市場(chǎng)淘汰的危險(xiǎn),如何降低VOC含量也就成為制約硝化纖維涂料應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。將以有機(jī)物為溶劑的傳統(tǒng)油溶性涂料做成水性涂料,它以水性樹(shù)脂為基料,以水為分散介質(zhì),基本上不含有機(jī)揮發(fā)物,VOC含量很容易降到零。所以,研究開(kāi)發(fā)出性能良好的水分散型硝化纖維樹(shù)脂具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)發(fā)明目的和基本思路: 為降低消化纖維涂料的VOC含量以達(dá)到環(huán)保要求,本作品以水性樹(shù)脂為基料,以水為分散介質(zhì)制作成的水性涂料基本不含有機(jī)揮發(fā)物,VOC含量很容易降到零。無(wú)毒環(huán)保且具有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)。 2.創(chuàng)新點(diǎn): 基于對(duì)各種制備傳統(tǒng)水分散型硝化纖維方法的難點(diǎn)和缺陷的分析研究,其缺點(diǎn)如下:(1)揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)高; (2)易燃,易爆,不易儲(chǔ)存; (3)消耗大量有機(jī)溶劑,浪費(fèi)資源。提出了一種制備水分散型硝化纖維樹(shù)脂的新方法——自乳化法。該方法即針對(duì)水性硝化纖維樹(shù)脂的功能性,通過(guò)分子設(shè)計(jì)及合成原料的篩選,在硝化纖維大分子上引入親水基團(tuán),使硝化纖維能夠自行乳化分散在水中,不需要任何表面活性劑的加入。本作品對(duì)環(huán)境沒(méi)污染,易于儲(chǔ)存,同時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo): a.設(shè)計(jì)了硝化纖維自乳化法的總體工藝流程 b.對(duì)親水單體,成鹽劑,溶劑,催化劑進(jìn)行了選擇,并且設(shè)計(jì)了本品的合成路線。 c. 確定了每一步的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度,并確立了操作條件。采用主客觀綜合權(quán)重法、正交試驗(yàn)、均勻試驗(yàn)和逐步回歸分析對(duì)存在交互作用的多因素多水平的合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化。 d.為進(jìn)一步探究本產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與本文所預(yù)計(jì)的是否相符,本文對(duì)樣品進(jìn)行了紅外光譜表征,激光粒度測(cè)試和投射電鏡觀察等儀器表征。 e.所做的乳液性能表征主要包括以下項(xiàng)目(參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11175-2002):凍融穩(wěn)定性、稀釋穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1. 硝化纖維分子上具有未被完全硝化的羥基,此羥基在理論上具有反應(yīng)性,可以通過(guò)此羥基在硝化纖維分子結(jié)構(gòu)上引入親水基團(tuán),使硝化纖維具有親水性,能夠自行乳化在水中。 2. 多異氰酸酯的NCO基團(tuán)和羥基具有適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)活性,可在溫和的條件下反應(yīng),易于控制。不同的NCO基團(tuán)分別和硝化纖維分子上的羥基和親水單體上的羥基反應(yīng),所以多異氰酸酯可以作為中間媒介把親水基團(tuán)引入到硝化纖維分子上。 3. 異氰酸酯和多元醇反應(yīng)可以生成氨基甲酸酯基,而氨基甲酸酯基是聚氨酯的特征基團(tuán),相當(dāng)于在水性硝化纖維分子上引入了聚氨酯的特征基團(tuán),使制得的水性硝化纖維樹(shù)脂保持原有性能的同時(shí)具有聚氨酯的優(yōu)良性能。 4. 具有親水基團(tuán)的硝化纖維分子本身可以分散在水中形成較小粒徑的乳液顆粒,而且可以作為一種內(nèi)乳化劑把其他硝化纖維分子乳化在水中形成相對(duì)較大的乳液顆粒。所以可以調(diào)節(jié)硝化纖維的用量來(lái)制備出單分散小顆粒硝化纖維乳液,二元分散乳液和大顆粒乳液。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物,照片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1.水性涂料合成出一種以水為介質(zhì),不含任何有機(jī)溶劑的水分散型涂料; 2.在硝化纖維大分子上引入親水基團(tuán)解決以水為溶劑的難題; 3.硝化纖維本身不溶于水,我們利用高分子設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出新穎的含親水基團(tuán)的水性硝化纖維乳液; 4.VOC值幾乎為零; 5.不燃、不爆,易于儲(chǔ)存; 6.無(wú)氣味,節(jié)約能源,成本低; 7.原料來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,無(wú)污染。 二.適用范圍: 用于包括皮革涂層、織物涂層、地板涂層,膠黏劑,紡織印刷助劑等領(lǐng)域。 三.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè): 硝化纖維乳液的主要市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為水性聚氨酯,水性醇酸樹(shù)脂以及溶劑型硝化纖維涂料,其中芳香族水性聚氨酯樹(shù)脂的價(jià)格是本產(chǎn)品2倍左右,脂肪族水性聚氨酯樹(shù)脂的價(jià)格是本產(chǎn)品的3倍左右,水性醇酸樹(shù)脂的價(jià)格是本產(chǎn)品的2倍左右,硝基清漆(溶劑型)的價(jià)格是本作品的1.5到2倍,說(shuō)明本產(chǎn)品在不污染環(huán)境對(duì)人體無(wú)傷害的情況下還具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì),所以本產(chǎn)品相對(duì)于傳統(tǒng)溶劑型硝基漆將會(huì)有較大競(jìng)爭(zhēng)力。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 1)外乳化法 此方法較普遍,安徽大學(xué)的孫艷松等都對(duì)此法進(jìn)行了研究。該類(lèi)產(chǎn)品涂膜亮度較好,耐干濕擦,常用于鞋面革、修面革頂?shù)耐匡棧指胸S滿滑爽,但生產(chǎn)過(guò)程中需用高速分散設(shè)備,安全性能較差,且制出的乳液顆粒大小不均勻。 這種方法無(wú)法做到VOC很低,對(duì)設(shè)備儀器要求極高、同時(shí)安全性也要求極高,由于在體系中加入了大量的水和表面活性劑,乳液雙電層體系復(fù)雜,乳液穩(wěn)定性難以解決。 2)轉(zhuǎn)相乳化法 微乳液是一個(gè)由油、水、表面活性劑、助表面活性劑組成的具有熱力學(xué)穩(wěn)定和各向同性的多組分體系。微乳液的粒徑在0.1μm以下,是介于普通乳液和膠體溶液之間的體系,長(zhǎng)時(shí)間放置不分層,不破乳。 用該技術(shù)制備硝化纖維微小乳狀液,需要設(shè)備少,能耗小,且成品的乳液粒徑小,儲(chǔ)存穩(wěn)定性好,成膜物質(zhì)更光亮、滑爽、柔軟,但該方法也有明顯的缺點(diǎn):一是微乳液的配方確定較為困難,選擇和調(diào)整合適親水-親油平衡(HLB)值的表面活性劑方面需做大量工作;二是微乳液中含有大量的表面活性劑,只能用低分子量增塑劑,不宜用大分子樹(shù)脂,故涂層耐濕擦性、耐磨性、耐久性、硬度、附著力都比較差。 3)種子乳液聚合法 這是近年來(lái)制備乳液型光亮劑的新方法。通過(guò)種子乳液聚合可制得硬核-軟殼結(jié)構(gòu)乳液,硝化棉溶液乳化后作為核芯,殼層為丙烯酸酯軟性共聚物。制備方法為:將丙烯酸酯軟性單體、含兩個(gè)雙鍵的丙烯酸酯單體、丙烯酸、含水硝化棉混合攪拌溶解均勻后,滴加陰、非離子表面活性劑水溶液制得水乳液。在乳液中加入引發(fā)劑水溶液,升溫至70℃,保溫反應(yīng)一定時(shí)間,再加入丙烯酸酯軟性單體,反應(yīng)一定時(shí)間后,生成具有核殼結(jié)構(gòu)的成品,降溫、過(guò)濾、包裝。這種乳液要獲得廣泛應(yīng)用必須解決兩個(gè)問(wèn)題,一是乳液穩(wěn)定性,二是硝化棉被聚丙烯酸酯包裹,如何充分發(fā)揮硝化纖維的優(yōu)良性能。 通過(guò)上面的討論可以看出,硝化纖維的水性化由于處理難度大且許多制備機(jī)理不成熟導(dǎo)致現(xiàn)階段仍處在研究階段,少量的產(chǎn)品應(yīng)用也基本限于皮革涂飾劑等,木器涂飾、裝修涂飾等方面尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。在諸多的水性化方法中,外乳化法最簡(jiǎn)單,但是產(chǎn)品穩(wěn)定性最差。轉(zhuǎn)相乳化法的研究重點(diǎn)是乳化劑和配套增塑劑的選擇。而種子乳液聚合法是最不成熟的一種方法。因此,在保持硝化纖維優(yōu)良成膜性能的同時(shí)解決乳液穩(wěn)定性差的問(wèn)題成為水分散型硝化纖維樹(shù)脂研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。